【正文】 但化學(xué)活性小，在冰晶石熔體中的溶解度小。3H 2O→ Al 2O3在煅燒過程中隨著溫度的提高，濕的氫氧化鋁會(huì)發(fā)生脫水和晶型轉(zhuǎn)變等一系列復(fù)雜變化，最終由三水鋁石變?yōu)?γ － Al2O3 和 α A12O3。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 煅燒氫氧化鋁原理 工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)過過濾的濕氫氧化鋁是三水鋁石 (Al2O3 溶液中的有機(jī)物對(duì)鋁土礦的濕磨 ， 赤泥的沉降分離 ， 鋁酸鈉溶液中的晶種分解 ， 母液的蒸發(fā)等工序都是不利的 。 后者實(shí)際上不溶解于堿溶液 ， 全部隨同赤泥排出 。MgCO 3。 ? 消除方法 鋁土礦溶出時(shí)添加石灰是減少和消除 TiO2危害的有效措施 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ? 危害 在拜耳法生產(chǎn)中 ， TiO2是很有害的雜質(zhì) ， 它引起 Na2O的損失和 Al2O3溶出率的降低 。 FeS葉濾時(shí)可以透過過濾介質(zhì)，進(jìn)入精液、使產(chǎn)品氧化鋁含鐵超標(biāo) 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 TiO2在溶出過程中的行為 TiO2在鋁土礦中通常以金紅石、銳鈦礦和板鈦礦的形態(tài)存在。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁土礦中的硫是以黃鐵礦的形態(tài)存在， 黃鐵礦對(duì)設(shè)備的危害：硫在鋁酸鈉溶液中的積累對(duì)大部分工序產(chǎn)生不利，使鋼質(zhì)設(shè)備加快腐蝕。nH 2O、 鐵膠以及磁鐵礦 FeOaq 、 針鐵礦 α – FeOOH和水針鐵礦 α – FeOOH 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 含鐵礦物在溶出過程中的行為 鋁土礦中含鐵的礦物有氧化物 、 硫化物 、 硫酸鹽 、 碳酸鹽以及硅酸鹽 。 它是在 100℃ 左右將原礦漿長(zhǎng)時(shí)間攪拌 ，使大部分 SiO2在原礦漿溶出之前的預(yù)熱階段成為水合鋁硅酸鈉結(jié)晶析出 。 ? 對(duì)設(shè)備的危害 在高壓溶出過程中 ， 由于 SiO2進(jìn)入溶液后又逐漸成為水合鋁硅酸鈉析出 ， 使得熱交換器 、 壓煮器及管道結(jié)垢 ， 傳熱系數(shù)嚴(yán)重下降 。 當(dāng)硅酸鈉濃度達(dá)到最大值 （ 210g/L） 之后 ， 兩者相互反應(yīng)生成 水合鋁硅酸鈉 逐漸析出 ， 這一反應(yīng)使溶液的 SiO2含量降低 ， 因而稱為脫硅反應(yīng)： +2NaAl(OH)4= Na2O2SiO 2 所有含硅礦物與鋁酸鈉溶液反應(yīng)后 ， 都有 SiO2進(jìn)入溶液 。TiO 2 溶出溫度 220～ 260℃ 溶出壓力 28～ 34kg/cm2 溶出堿濃度 250～ 280g/L 溶出后液苛性比（ α ） ～ 一水硬鋁石主要溶出條件 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 含硅礦物在溶出過程中的行為 SiO2是鋁土礦中最常見的雜質(zhì) ， 也是堿法生產(chǎn)氧化鋁 最有害 的雜質(zhì) 。Al 2O3Al 2O3 4C2 002 2NaA l( OH) OHNaO HAlO OH ?? ???? ??OHNaA lO NaO HAl OO H 22 ???溶出溫度 200～ 240℃ 溶出壓力 12～ 34kg/cm2 溶出堿濃度 140～ 240g/L 溶出后液苛性比（ α） ～ 一水鋁石溶出反應(yīng)方程式： 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 24C2 202 )OH(CaNaA l(O H) OHNaO HAlO OH ??? ???? ??一水硬鋁石的主要溶出反應(yīng)方程式： 反應(yīng)式中的石灰的加入量，一般為鋁土礦石總重量的 3～ 7%。 不同狀態(tài)的氧化鋁水合物的溶出順序 : 三水鋁石最易溶解 、 一水軟鋁石次之 、 一水硬鋁石難溶 ， 而剛玉在 300度以下實(shí)際是不溶的進(jìn)入赤泥 。 溶出條件與方式： 由于氧化鋁在鋁土礦中的存在形態(tài)不同所以要求的溶出條件也不相同 。H 2O結(jié)晶 溶解 苛化 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 氧化鋁水合物在溶出過程中的行為 溶劑：循環(huán)母液中的主要成分有： NaOH、 NaAlO Na2CO Na2SO4等。 鋁土礦的溶出 溶出漿液的稀釋 分解母液蒸發(fā) 晶種分解 2 Na2OAl2O3H2O系中的拜耳法循環(huán)圖 鋁酸鈉溶液的溫度、 濃度、苛性比值等 各不相同 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ．拜耳法的基本流程 步驟： 溶出：得到鋁酸鈉溶液，使氧化鋁與雜質(zhì)分離 稀釋：降低鋁酸鈉溶液的濃度，便于晶種分解，便于赤泥分離 分解：使鋁酸鈉溶液中的氧化鋁以氫氧化鋁的形式析出 蒸發(fā)：排出多余的水分，保持水量平衡，使蒸發(fā)母液達(dá)到濃度要求 煅燒：除去氫氧化鋁的附著水和結(jié)晶水，并得到吸濕性較差的氧化鋁以滿足電解需求。 氫氧化鋁經(jīng)煅燒后便得到產(chǎn)品氧化鋁 。 往徹底分離赤泥后的鋁酸鈉溶液中添加晶種 ， 在不斷攪拌的條件下進(jìn)行晶種分解 ， 使反應(yīng)向左進(jìn)行析出氫氧化鋁 。 ? 交替使用這兩個(gè)過程就能夠每處理一批礦石 ， 便得到一批氫氧化鋁 ， 構(gòu)成所謂的拜耳法循環(huán) 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 1 拜耳法的基本原理 ? （ 1） 用 NaOH溶液溶出鋁土礦所得到的鋁酸鈉溶液 ,在添加晶種 ， 不斷攪拌的條件下 ， 溶液中的氧化鋁便呈氫氧化鋁析出 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 單元問題 氧化鋁生產(chǎn)方法 我國鋁土礦特點(diǎn) 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 第三講 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 回顧： 氧化鋁的主要生產(chǎn)方法： 堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法、熱法 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 堿處理 分解 煅 燒 鋁土礦 鋁酸鈉溶液 Al(OH)3 Al2O3 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 拜耳法原理和基本流程 拜耳法是澳大利亞化學(xué)家拜耳 （ Karl Josef Bayer） 在18891892年間所發(fā)明的 。我國云南和四川有儲(chǔ)量很大的霞石礦。蘇聯(lián)、美國等都擁有豐富的明礬石礦。 我國鋁土礦的一般特點(diǎn)是 高鋁 、 高硅 、低鐵；鋁硅比較低 ， 中低品位鋁土礦居多；多數(shù)鋁土礦是一水硬鋁石型鋁土礦 。目前工業(yè)生產(chǎn)中要求鋁土礦的鋁硅比不低于7(用于拜耳法者 )，用燒結(jié)法處理者應(yīng)不低于 。 二氧化硅是鋁土礦的主要有害成分，它是氧化鋁生產(chǎn)中引起堿和氧化鋁損失的主要來源。2H2O等硅酸鹽礦物存在，有的含少量石英 (晶質(zhì) SiO2)、蛋白石 (SiO2 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁土礦中 SiO2主要以高嶺石 Al2O3 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 我國鋁土礦除了分布集中外 ， 以大 、 中型礦床居多 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁土礦分類 鋁土礦中 Al2O3含量大致為 50%～ 70%，其礦物成分有三水鋁石 Al(OH)一水軟鋁石 γ－ AlOOH和一水硬鋁石 α－ AlOOH。 而氧化鋁則呈熔融狀態(tài)的爐渣而上浮 ， 由于密度不同而分離 ， 所得氧化鋁渣再用堿法處理從中提取氧化鋁 。 這一流程的實(shí)質(zhì)是用 酸法除硅 ， 堿法除鐵 。 用酸法處理分布很廣的高硅低鋁礦 (如粘土 、 高嶺土 、 煤矸石和煤灰 )在原則上是合理的 ， 在鋁土礦資源缺乏的情況下可以采用此法 。 酸法生產(chǎn)氧化鋁 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 用酸法處理鋁礦石時(shí) ， 存在于礦石中的鐵 、 鈦 、 釩 、 鉻等雜質(zhì)與酸作用進(jìn)入溶液中 ， 這不但引起酸的消耗 ， 而且它們與鋁鹽分離比較困難 。 目前工業(yè)上幾乎全部采用堿法生產(chǎn)氧化鋁 。 這種殘?jiān)环Q為赤泥 。 酸法、酸堿聯(lián)合法、熱法 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 堿法生產(chǎn)氧化鋁 ， 就是用堿 (NaOH或 Na2CO3)處理鋁土礦 ， 使礦石中的氧化鋁水合物和堿反應(yīng)生成鋁酸鈉溶液 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 氧化鋁生產(chǎn)方法 氧化鋁是兩性氧化物，故它既可以用堿性溶液也可以用酸性溶液使得鋁土礦中的氧化鋁溶出。 其分子式為： 三水鋁石： Al（ OH） 3 一水軟鋁石： γ AlOOH 一水硬鋁石： α AlOOH 剛玉： Al2O3 氧化鋁水合物的化學(xué)性質(zhì)也由于其結(jié)構(gòu)不同而有很大差別 。 氧化鋁水合物實(shí)際上是由 OH、 O2 、 Al3+構(gòu)成的 ， 其中并不存在水分子 。 氧化鋁是典型的 兩性氧化物 ，不溶于水，可溶于無機(jī)酸和堿性溶液，由于其結(jié)晶形式不同，在酸、堿溶液中的溶解度及溶解速度也不同。此外，各種特殊性能的氧化鋁也廣泛應(yīng)用于電子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、造紙、制藥等行業(yè)，因此，氧化鋁生產(chǎn)在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有十分重要的地位。 2Al＋ Fe2O3 →2Fe＋ Al2O3 ＋熱 高溫 鋁除了能與氧化鐵反應(yīng)，還原出鐵外， 還能與五氧化二釩、氧化鉻、二氧化錳等 金屬氧化物發(fā)生類似反應(yīng)，如： 2Al＋ Cr2O3 == 2Cr＋ Al2O3 ＋熱， 并放出大量的熱，使被還原的金屬在較高 的溫度下，呈熔融狀態(tài)并跟形成的爐 渣分離，從而獲得較純的金屬。工業(yè) 上應(yīng)用這個(gè)反應(yīng)焊接鋼軌。 2Al＋ 2NaOH＋ 2H2O →2NaAlO2＋ 3H2↑ 鋁制容器不能用來盛放燒堿溶液。 2Al＋ 6H2SO4(濃 ) Al2(SO4)3＋ 3SO2↑＋ 6H2O Al＋ 6HNO3(濃 ) Al(NO3)3＋ 3NO2↑＋ 3H2O ?? ?? 加熱 ??? 加熱 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 （ 3）與水反應(yīng) 鋁能與沸水反應(yīng)，帶膜的鋁不與水反應(yīng)。 2Al＋ 3S Al2S3 2Al＋ 3Cl2 2AlCl3 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 （ 2）跟酸反應(yīng) a. 與非氧化性酸反應(yīng) ： 2Al3+ ＋ 6H＋ → 2Al3＋ ＋ 3H2↑ b. 與強(qiáng)氧化性酸反